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基于CNN-LSTM-Attention模型的缺血性脑卒中发病预测

安徽医科大学学报     字体:

基金项目: 国家自然科学基金(编号:42275197); 天津市卫生健康科技项目(编号:TJWJ2023XK007); 天津市医学重点学科建设项目(编号:TJYXZDXK-065 B);天津市科技计划项目(编号:21JCZDJC01230);

作者:刘佳铭;周骁;王孚银;孙晓;夏晓爽;李新

关键词:缺血性脑卒中;气象因素;预测模型;卷积神经网络;长短时记忆网络;注意力机制;

DOI:10.19405/j.cnki.issn1000-1492.2025.12.020

〔摘 要〕 目的 构建基于卷积神经网络(CNN)-长短时记忆网络(LSTM)-注意力机制(Attention)的深度学习模型,探讨气象、临床因素与缺血性脑卒中发病的关联性。方法 纳入缺血性脑卒中住院患者的临床资料及同期的气象数据,构建基于CNN、LSTM和Attention的融合模型CNN-LSTM-Attention,通过最大预测偏差和均方根误差(RMSE)评估模型的预测性能。通过选择1~7 d的滞后天数,探讨不同滞后天数对预测性能的影响。结果 在短期和长期预测中,CNN-LSTM-Attention融合模型(短期:1.5和0.6;长期:8.3和2.5)的最大预测偏差和RMSE均优于LSTM模型(短期:2.8和1.2;长期:19.5和5.5)和CNNLSTM模型(短期:2.0和0.8;长期:11.2和3.3)。纳入滞后天数后,在短期和长期预测中,滞后3 d(短期:0.7和0.4;长期:5.5和1.9)和5 d(短期:0.8和0.3;长期:6.5和2.0)的最大预测偏差和RMSE均小于滞后0 d(短期:1.5和0.6;长期:8.3和2.5)。滞后1 d(短期:1.5和0.8;长期:6.8和2.4)和7 d(短期:1.9和0.9;长期:7.5和2.7)的最大预测偏差和RMSE均大于滞后0 d。结论 建立的CNN-LSTM-Attention融合模型对缺血性脑卒中发病具有较好的预测性,可为医疗资源合理配置提供参考。